Mowa tutaj o eksplozji supernowej SN 2023ixf, do której doszło w Galaktyce Wiatraczek (M101) oddalonej od nas o 21 milionów lat świetlnych. Fakt, że nie była ona oddalona od nas o miliardy, a zaledwie o 21 milionów lat świetlnych sprawił, że badacze postanowili skorzystać z okazji i przetestować na niej aktualne teorie powstawania promieni kosmicznych. Powiedzieć, że wyniki obserwacji zaskoczyły naukowców, to jak nic nie powiedzieć.
Eksplozja supernowej SN 2023ixf stanowiła dla astrofizyków najlepszą od wielu lat okazję do zbadania procesu powstawania promieni gamma w eksplozjach supernowych. Obliczenia teoretyczne wskazywały, że w eksplozji supernowej 10 proc. energii eksplozji wykorzystywane jest do przyspieszania promieni kosmicznych. To nic innego niż naładowane cząstki, które w wyniku eksplozji przyspieszane są do prędkości bliskich prędkości światła. Problem w tym, że założenie, iż powstają one w eksplozjach supernowych to tylko teoria wynikająca raczej nie z obserwacji, a z braku innych alternatyw. Mimo lat badań wciąż nie wiemy, w jakich procesach i w jakich ilościach one powstają.
Czytaj także: Nowa supernowa tak szybko nie zniknie. Naukowcy wiedzą, ile czasu będzie widoczna na niebie
Zidentyfikowanie źródła promieni kosmicznych też nie należy do prostych rzeczy. Kiedy zaobserwujemy odległą supernową, to obserwujemy promieniowanie, które porusza się w naszym kierunku z prędkością światła. Jeżeli w tej samej eksplozji powstały promienie kosmiczne, które poruszają się z prędkością 99,9 proc. prędkości światła, to opóźnienie między obserwacją rozbłysku a dotarciem do Ziemi promieni kosmicznych z tego samego zdarzenia, może wynosić nawet kilka tysięcy lat. Mało tego, te promienie kosmiczne, które na co dzień docierają do Ziemi, wchodzą w interakcje z polem magnetycznym Ziemi, które zmienia trajektorię ich lotu. Efekt? Gdy już je zarejestrujemy, nie jesteśmy w stanie ustalić, z jakiego kierunku do nas dotarły.
Supernowa SN 2023ixf pokazała astronomom, że wciąż nie wiedzą wszystkiego o eksplozjach supernowych.
Z tego też powodu do badania promieni kosmicznych wykorzystuje się promieniowanie gamma. Kiedy powstałe w eksplozji promienie kosmiczne zderzają się z cząsteczkami gazu stanowiącego wcześniej zewnętrzne warstwy gwiazdy, które zostały odrzucone przed eksplozją, dochodzi do emisji promieniowania gamma. Takie promieniowanie nie zmienia kierunku lotu w kontakcie z polem magnetycznym.
Właśnie dlatego naukowcy badający promienie kosmiczne, mieli nadzieję zidentyfikować je pośrednio przez promieniowanie gamma w trakcie obserwacji eksplozji SN 2023ixf.
Kosmiczny Teleskop Fermi, najlepszy jak dotąd instrument do badania promieniowania gamma nie zobaczył jednak nic. Poziom promieniowania gamma z okolic eksplodującej SN 2023ixf nie wzrósł po eksplozji nad poziom szumu tła. Takiego obrotu spraw nikt się nie spodziewał. Wychodzi zatem na to, że w eksplozji na emisję promieni kosmicznych wykorzystanych zostało mniej niż 1 proc. energii, co podważa dotychczasowe podejrzenia.
Czytaj także: Potężna eksplozja w ramieniu spiralnym pobliskiej galaktyki. Astronomowie już zacierają ręce
Oczywiście, możliwe jest, że promienie kosmiczne powstają w supernowych, a ta jedna eksplozja była anomalią, lub też wyemitowała większość promieni kosmicznych w przeciwnym kierunku. Niezależnie od tego, te zaskakujące obserwacje trzeba jakoś wyjaśnić.
Naukowcy zwracają uwagę na fakt, iż sędziwe już pozostałości po eksplozjach, do których doszło tysiące lat temu, wciąż zasypują nas promieniami kosmicznymi, które z kolei zderzając się z cząsteczkami gazu, emitują promienie gamma. Nie zmienia to jednak faktu, że wszystkie te wiekowe supernowe nie są w stanie generować takiej ilości promieni kosmicznych, jaka dociera bezustannie do Ziemi. Możliwe zatem, że istnieją jeszcze inne procesy ich powstawania, o których naukowcy jeszcze nie pomyśleli.
Aby rozwikłać zagadkę powstawania promieni kosmicznych będzie potrzeba obserwacji kolejnych stosunkowo bliskich supernowych. Być może one pozwolą ustalić, czy SN 2023ixf była eksplozją typową, czy też była ciekawym wyjątkiem od reguły.